電腦達人養成計畫 6-4:液晶顯示器完全解析

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背光模組

在對液晶面板有了一些初步了解之後,接下來站長要談的是液晶顯示器的另一個重要組成部分-背光模組,如同前面在介紹液晶面板時所提過的,液晶面板的運作原理主要可以概括為利用外加電場來改變面板內液晶材料的偏轉,進而影響光線通過偏光板與濾光片的多寡來改變顯示的亮度與顏色,而這當中所提到的光線就是由背光模組所發出的。

常見用於液晶顯示器的背光模組主要有 CCFL 與 LED 兩類,其中後者目前已經大致上取代 CCFL 成為主流,接下來我將就此兩種背光模組進行介紹。

CCFL 背光模組

CCFL 全稱為 Cold Cathode Fluorescent Lamp (冷陰極螢光燈管),某種程度上與我們常見到的日光燈管有些相似,發光原理同樣是透過陰極射線激發管內填充的水銀蒸氣來產生紫外線,使紫外線所帶有的能量激發管壁所塗佈的螢光塗層來向外發出可見光 (與常見日光燈管的主要差異為 CCFL 係運用逆變器產生高電壓、低電流來進行氣體放電,運作溫度遠較一般日光燈管來得低,壽命也長上很多)。

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因此在採用 CCFL 背光的顯示器上背光模組係由 CCFL 燈管模組與高壓板 (即逆變器,Inverter) 兩大部分所組成,而早期的液晶螢幕若出現突然「沒畫面」的問題 (其實只要用手電筒照螢幕表面就會發現其實還看得到畫面上的字,只是沒有亮度很難看清楚) 通常有不小的機率其實只是高壓板 (如下圖) 損壞。

LED 背光模組

發光二極體 (LED) 因其高亮度、高效率、壽命長、體積小、發熱少等特性在現今已經成為液晶顯示器背光模組的主流,實際上人們將 LED 用在顯示器的背光模組上已經有很長的時間,早在智慧型手機還沒出現的年代就已經有許多功能手機的螢幕背光是使用四到六顆的 LED 作為背光 (例如下圖這台 1998 年推出的 NOKIA 5110/5130 就採用了綠色 LED 背光)。

不過 LED 在 1960 年代剛開始發展時其實只有紅光與綠光兩種,因此並無法用在電腦顯示器背光與日用光源上,至於藍光 LED 則要等到 1993 年才由日本工程師中村修二所發明,而白光 LED 的發展、成熟則還要等到更晚 (因為 LED 本身實際上近似於單色光源,而白光卻是紅、綠、藍三種色光的結合,因此要製作出白光 LED 勢必需要額外使用螢光材料或是使用紅、綠、藍三色 LED 組合,技術難度高出許多),因此直到 2010 年前後才開始有採用 LED 背光模組的個人電腦顯示器出現。

CCFL 與 LED 背光孰優孰劣?

其實這個問題並沒有一定的答案,其實兩種背光模組各自有各自的優點。

相較於 CCFL 背光模組來說,LED 背光模組有著溫度較低 (因 LED 單體本身發熱較低)、可以縮減螢幕厚度 (因 LED 的體積較小)、壽命較長等優點,但由於 LED 本身近似於單色光源,因此合成出來的白光頻譜並沒有 CCFL 背光要來得接近白熾燈所發出的色彩頻譜 (即便真的用上 RGB 三色組合型 LED 也仍無法比得上 CCFL,而三色組合型 LED 的成本非常之高,連站長所用一台破萬的 DELL Ultrasharp U2417H 也沒有採用)。

除此之外最大的差異在於 LED 屬於點光源,而 CCFL 燈管則是線性光源,這兩者的發光形式本身就有很大的不同,以往 CCFL 背光通常比較不會有亮度不均的問題 (線狀光源只需要簡單用上導光板就能做到很均勻的效果),而 LED 背光模組則會很大程度受到 LED 光源排列方式的影響。

直下型 LED 背光與側光式 LED 背光

既然提到採用 LED 光源作為背光模組的液晶顯示器之亮度是否均勻很大程度受到 LED 光源排列方式的影響,就順便提一下目前主流的 LED 光源排列方式吧 (實際上個人電腦用液晶顯示器幾乎都是採用側光式為主,畢竟在尺寸不大、光源充足的狀況下其實看不太出差別,而個人電腦用顯示器的使用環境正好就符合這兩項條件)。

目前主流的 LED 光源排列方式大致可分為側光式與直下式兩大類,其中側光式顧名思義是將 LED 光源排列在顯示器的邊角位置 (上圖左),直下式則是平均鋪設在面板的正下方 (上圖右),若進一步細分則可以分為下列四種 (側光式可能配置於兩側或是四邊,至於 Direct-lit 與 Full-array 則是光源配置密度的差異,配置密度越高亮度就越均勻)。

一般來說直下式提供的對比與亮度均勻度會比側光式要來得好,但是成本相對而言就提高了不少,而現今的高階液晶電視除了會採用直下式 LED 背光模組之外,還會額外加上分區亮度調整功能,依據畫面的需要去動態調整每個 LED 光源的亮度配置,以追求進一步提升對比度的表現。

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Andrew Huanghttps://isite.tw
對於未來的生活充滿茫然,正在尋找與嘗試各種不同的方向,試圖找到一條可以繼續走下去的道路。
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